بخشی از مقاله
براي طراح مکررا لازم مي شود که قدرت را از يک شفت به شفت ديگري منتقل کند بطوريکه نسبت سرعت دوراني معيني بين دوشفت مذکورحفظ شود. همچنين ممکن است يک حرکت زاويه اي مشخص لازم بشود.
سيستمهاي چرخند ه اي گوناگوني جهت تامين اين هدف طراحي و ساخته شده اند که به طور بي صدا و با افت اصطکاکي خيلي کمي کار مي کنند. برا ي اينکه چرخنده ها به نرمي و بدون نوسان کار بکنند به دندانه هاي آنها شکل هندسي مخصوصي مي دهند. نسبتهاي دندانه چرخنده وهمچنين انداره هاي دندانه هاي ان استاندارد شده اند. اين کار باعث تسهيل محاسبات طراحي و همچنين کاهش تعداد ابزار لازمه (تيغ فرزها) بحداقل مقدار خود مي گردد. براي ساخت چرخنده ها بايد از موادي استافده گردد که استحکام مقاومت در مقابل خستگي و سايش آنها مناسب باشد. اگر بنا بر اين باشد که هزينه هاي ساخت کالا بحداقل خود برسد بايد از روش ساخت و بازرسي ساده تري استفاده کرد. طراح بايد تمام اين مسائل را مدنظر قرار دهد.
دندانه هاي سيکلوئيدي:
همچنين با استفاده از قمستهاي منحني اپي سيکلوئيد و هيپوسيکلوئيد در طرح دندانه چرخدنده نيز مي توان قانون چرخدنده ها LAW OF TOOTH GEARING را تامين کرد . اين منحني توسط نقطه اي بر محيط دايره مولد که درجدار خارجي يا داخلي دايره گام چرخدنده بطور بدون لغزش مي غلتد رسم مي شود.
قبلا چرخدنده هاي سيکلوئيدي چدني با دندانه هاي ريخته شده بطور وسيعي مورد استفاده قرار مي گرفت. اصولا فرم ابزار برش(تيغ فرزها) لازم جهت ساخت چرخدنده هاي اينوليوت ساده تر از فرم ابزرا لازم براي ساخت چرخدنده هاي سيکلوئيدي است و بهمين دليل چرخدنده هاي اينوليوت جانشين چرخدنده هاي سيکلوئيدي شده اند.تغيير فاصله مرکزي چرخدنده ها هيچگونه اثري بردندانه هاي لينوليوت ندارد ولي در مورد چرخدنده هاي سيکلوئيدي انيطور نيست يعني اگر فاله مراکز چرخدنده ها دقيقا حفظ نشود عمل دندانه ها صحيح نخواهد بود.
در حال حاضر عمده ترين دليل استفاده از چرخدنده هاي سيکلوئيدي استفاده متعصبانه از طرح سيکلوئيدي در مودر سيستم مرکب 141 مي باشد. روتورهاي ROOT POSISTIVE BLOWER نيز به شکل سيکلوئيد مي باشد.
انواع گامهاي داندانه ها
در محاسبات چرخدنده ها چهار نوع گام مختلف زير مورد استفاده قرار مي گيرند.
1- گام دايره اي: فاصله يک نقطه موجود در روي يکي از دندانه ها از نقطه نظير در روي دندانه مجاور – در طول دايره گام – را گام دايره اي مي نامند.
2- گام قطري: عبارت است از تعداد دندانه هاي چرخدنده به ازاي يک اينچ از قطر گام.
روشهاي توليد:
دندانه دنده ها (چرخدنده ها) بوسيله عمليات فرزکاري milling يا ژنراتينگ(مولدي)generating تشکيل مي شوند.
1- تيغ فرز:
دنده هاي ساده را مي توان در روي ماشين فرز و با براده برداري از بين دندانه ها توسط تيغ فرز فرم تراش ساخت يک نوع تيغ فرز فرم تراش در شکل نشان داده شده است.
سيستم دنده هاي مرکب 14 معمولا بدين روش ساخته مي شوند. چون منحني هاي تشکيل دهنده لبه هاي دندانه ها با تغيير تعداد دندانه ها در يک چرخدنده تغيير مي کنند لذا براي هر گام 8 نوع تيغ فرز لازم است البته لازم بذکر است که چرخدنده هاي با اندازه هاي نهتلف مي توانند گام يکسان داشته باشند. 8 تيغ فرز مذکور و محدوده عمل range هر يک از آنها در زير آمده است.
تيغ فرزها در هر محدوده فقط براي حداقل تعداد دندانه صحيح هستند موقعيکه تعداد دندانه چرخدنده مورد تراشکاري به طرف راست (بيشتر) محدوده عمل تيغ فرز نزديک است بهتر است که دقت فرم دندانه تيغ فرز بيشتر باشد. البته تيغ فرزهائي با تعداد دندانه تمتوسط نيز وجود دارند که براي چنين شرايطي از آنها مناسب است.
چرخدنده هائيکه دندانه هاي آنها درشت است اغلب در روي ماشين فرز و با استفاده از تيغ فرزهاي فرم تراش ساخته مي شوند چون براي اين نوع چرخدنده ها معمولا ماشين ژنراتينگ و ابزار وجود ندارد.
توليد يا ژنراسيون دنده شانه اي:
فرم دندانه هاي دنده ها را مي توان بروش ديگري نيز بوجود آورد يک دنده شانه اي را يم توان بعنوان چرخدنده اي با شعاع بينهايت فرض کرد ابزاري مشابه دنده شانهاي را مي توان از يک فولاد سخت شده ساخته و مرز لبه هاي دندانه هاي آنرا تيز کرد. به اين ابزار حرکت رفت و برگشتي داده و در ضمن قطعه خام چرخدنده بطور آهسته گرداده مي شود وهمچنين به دنه شانه اي يک سرعت جانبي که با سرعت خط گام چرخدنده مساوي است مي دهند بدين ترتيب ماده بين دندانه ها تراشيده شده و دندانه هاي اينوليوت توليد مي شوند.
هابينگ:
در روش ها بينگ دندانه ها توسط يک ابزار راست لبه توليد مي شود. هاب را مي توان استوانه اي فرض کرد که بدور آن نواري با مقطعي مشابه مقطع دندانه دنده شانه اي بطور هليکال پيچانده شده است.
توليد يا ژنراسيون نده شانه ااي از دندانه ها اينوليوت
Warm حاصله از بريده لبه هايش را برداشته و سپس سخت و سنگ زني مي کنند .هاب نسبت به عمق تراش لازمه تنظيم شده و گردانه مي شود. از نقطه نظر تئوري مي توان گفت که عمل هاب در روي قطعه خام چرخدنده معادل عمل تيغ فرزدنده شانه اي است. در موقع گردش هاب راه مارپيچ آن نظير حرکت جانبي دنده شانه اي حرکت مي کند . با پيشرفت عمليات براده برداري هاب در موازات محور قطعه خام چرخدنده حرکت کرده و در تمام عرض قطعه شيار دندانه را باز مي کند. در توليد انبوه اغلب چرخدنده ها از روش هابينگ استفاده بعمل مي آيد.
روش کله زني:
اين کي عمليات ژنراتينگ است که در آن از يک تيغ فرزي که مشابه چرخدنده سخت شده (مجهز به شيار هاي حرکت براده ها و مواد خنک کاري) است استافده بعمل مي آيد. ابزار و قعه خام چرخدنده را در روي محور هاي موازي سوارکرده و به آرامي مي گردانند و به ابزار يک حرکت رفت و برگشتي در روي محور خود مي دهند. دندانه ها در روي قطعه خام توليد مي شوند. در آغاز ابزار به اندازه عمق تراش شعاعي بطرف مرکز قطعه کار (قطعه خام) نفوذ داده مي شود. از روش fellows بايد در تراشيدن چرخدنده هاي داخلي استافده گردد.
از اين روش همچنين در ساخت چرخدنده هاي شولدر که در يک طرف دندانه هايشان فاصله آزادي وجود ندارد (مانند چرخدنده هاي خوشه اي جعبه دنده اتومبيلها) استفاده مي شود. تيغ فرزهاي fellows مي توانند چرخدنده هاي تمام سيستمها را بتراشند.
در دندانه هائيکه بروش هابينگ وکله زني درست شده اند يک فاصله آزاد کوچک بنام رليف تعبيه مي شود.ابزارهاي برنده را طوري تعديل مي کنند که قسمت خارجي دندانه اندکي نازکتر باشد. در اين شرايط بار (بار انتقالي) بر جفت دندانه درگير شده بتدريج اعمال شده و بدين وسيله اشتباهات مربوط به فم و فاصله دندانه ها اثر کمتري در بوجود آمدن صا و ارتعاش مي گذارند.
روشهاي پرداخت چرخدنده:
در موارديکه سرعت و بار اعمالي بر چرخدنده زياد باشد انجام عمليات پرداخت کار يبعد از تراشيدن بر روي چرخدنده ضرورت پيدا مي کند عمليات پرداختکاري موجب دقت وصافي بيشتر دندانه ها مي گردد. براي اينکار از روشهاي زير استفاده بعمل مي آيد.
پرداخت چرخدنده بروش شيوينگ:
در اين روش چرخدنده توسط يک ابزار مخصوصي که شبيه يک چرخدنده يا دنده شانه اي است به حرکت در مي آيد . دندانه ابزار دارداي يک (مولفه) حرکت محوري در روي سطح دندانه چرخدنده مي باشد که در اثر اين حرکت براده هاي ريز موئي به شکل يا شبيه مو از روي داندانه ها برداشته مس شود عمليات شيوينگ را قبل از سخت کردن چرخدنده انجام مي دهند و براي اين عمليات بايد ماده کافي در روي دندانه ها گذاشته شده باشد بعبارت ديگر چرخدنده بعد از عمليات شيوينگ به اندازه نهائي خود برسد . در توليد انبوده چرخدنده از روش شيوينگ جهت پرداختکاري بطور وسيعي استفاده مي شود.
روش هنن کاري :
در اين روش چرخدنده سخت شده توسط ابزاري بشکل چرخدنده هليکال (که از جنس پلاستيک بوده و از ذرات ساينده اشباع شده) بحرکت در مي آيد بدين وسيله فرم دندانه (اشتباهات کوچک در فرم دندانه )اصلاح شده و نيز سطح آن پرداخت مي شود.
لپن کاري:
در اين روش چرخدنده با يک ابزار لپن کاري چرخدنده اي شکل در فضائيکه حاوي ماده ساينده است مي گردد در بعضي اوقات دو چرخدنده در گير نيز بهمين شکل مي گردند. براي چرخدنده هاي ساده و هليکال يک حرکت نسبي محوري نيز ضروري است. لپن کاري بيش از حد مممکن است فرم اينوليت دندانه را ار بين ببرد.
سنگ زني:بعد از عمليات حرارتي مي توان فرم نهائي را در دندانه ايجاد کرد. اشتباهات حاصل از آشفتگي موجود در عمليات حرارتي مي تواند اصلاح شود براي سنگ زني در موقع عمليات ماشينکاري يک اضافه اندازه کافي در روي دندانه ها در نظر مي گيرند. بعضي از چرخدنده هاي ريزگام را تنها بوسيله سنگ زني مي سازند.
برنيشينگ:
در اين روش قطعه کار را تحت فشار (فشار وارده از طريق ساچمه سنگ زني مي سازند)قرار داده و با ايجاد تغيير شکلهاي پلاستيکي ناهماريهاي کوچک موجود در روي سطح قطعه کار را پهن کرده و هموار مي کنند. از يک ابزار مخصوص برنيشينگ که سخت شده نيز است در اين روش استفاده بعمل مي آيد. در اين عمليات اشتباهات حاصل از ماشينکاري قطعه کار اصلاح نمي شوند.
ظرفيت خنثي دندانه هاي چرخدنده ساده:
در موقع کار دندانه ها در زير تعداد دندانه هاي مماسي بطور همزمان از يک عدد به دو يا سه عدد و بيشتر تغيير مي کند. ولي معمولا بايد توانائي تحمل تار خمشي دندانه را در موقعيکه بار به گوشه ضعيفترين قسمت دندانه وارد مي آيد حساب کنيم. فرض کنيم نيروي هم راستا با خط فشار بر خط وسط دندانه اعمال گردد. در اين ناحيه نيروي مزبور به دو مولفه شعاعي و مماسي تقسيم مي شود . مولفه شعاعي يک تنش فشاري يکنواخت بر سطح مقطع وارد مي کند ولي معمولا در موقع محاسبه تنش از اين تنش صرفنظر مي شود. مولفه مماسيf يک ممان خمشي fl در ضعيفترين قسمت يا پاي دندانه بوجود مي آورد. معمولا در موقع محاسبه تنش خمشي دندانه آنرا بعنوان يک تير طره اي (يک سر آزاد) فرض مي کنند .
اگر از معادله مقدماتي در محاسبه تنش خمشي استفاده شود در اينصورت بهترين نتيجه بدست آمده نيز تقريبي خواهد بود. دقت عمل کمتر خواهد بود زيرا که دندانه کوتاه و ضخيم بوده و همچنين سطح مقطع آن غير يکنواخت است. بادي بياد آورد که قبلا اين معادله را براي يک تير نازک و طويل با سطح مقطع يکنواخت نوشتيم . و در مورد بارهاي متمرکز اين معادله فقط در نقاطيکه به اندازه کافي از نقطه اعمال نيرو فاصله دارند صادق است. در غير اينصورت از معادله مذکور بروش زير استفاده بعمل مي آيد.
ضرايب فرم يا لويس براي دندانه هاي چرخدنده ساده:
ضريب فرم يا لويس را به افتخار يک مهندس به اين نام مي نامند. اين مهندس اولين شخصي است که معادله خمش را در مورد دندانه هاي چرخدنده بکار گرفت. با وجود اينکه از زمان تدوين (1893) به اين طرف تغييرات زيادي در مواد و روشهاي توليد چرخدنده ها بوجود آمده ولي اين ضرايب با تغييرات خيلي کمي کما کان مورد استافده است. مقادير l,h که توسط آنها مقدار y از طريق معادله محاسبه مي شود اندکي غير مطمئن هستند زيرا اين مقادير بمقدار زيادي تحت تاثير ا ندازه شعاع فيلت r ، قرار مي گيرد.
براي دندانه هائيکه از طريق تيغ فرزها تراشيده مي شوند اين شعاع ممکن است به کوچکي 0.5 برسد. در مورد اين شعاعها مقادير واقعي y کوچکتر از مقاديري است که در جدول داده شده و در نتيجه دندانه ها محکمتر از آنچه از معادله با استفاده از مقادير جدول بدست مي آيد نخواهند بود. در مورد دندانه هائيکه ضخامتشان از نوک تا پا افزايش مي يابد براي اندازه گيري با زوي ممان مي توان يک سهمي در بين دندانه ها (طرح دندانه ها) محصور کرد . سهمي بايد بر راس A و فيلتهاي دو طرف دندانه مماس باشد سپس تنشهاي خمشي مربوط به سطح مقطه هاي مار بر نقاط مايل را حساب مي کنند. چون استحکامهاي کششي مواد مورد استفاده در چرخدنده ها با افزايش سختي افزايش مي يابند لذا مقادي تنش کار يا تنش مجاز بدست مي آيند.
بار حد براي استهلاک:
دندانه هاي چرخدنده همچين بايد در مقابل بار F ناشي از تنش تماسي يا فشاري موجود در بين دندانه ها استحکام کافي داشته باشند. با فرض دندانه ها بصورت استوانه هاي موازي مماس با هم محاسبات را انجام مي دهند. شعاعهاي اين استوانه هاي موازي مماس با هم محاسبات را انجام مي دهند. شعاعهاي اين استوانه را مساوي شعاعهاي انحناي اينوليوتها در موقع تماس دندانه ها در نقطه گام O در نظر مي گيرند. فرض کردن دندانه ها بعنوان استوانه هاي تقريبي رضايتبخش است زيرا اگر چه تنشهاي فشاري خيلي زياد هستند ولي در نقاط دور از ناحيه تماس بسرعت کاهش مي يابند.
بارديناميکي:
نيروي اسب بخار مماسي F منتقله از يک چرخدنده به چرخدنده ديگر را مي توان براحتي حساب کرد ولي بهر حال اين کل بار عامل در بين دندانه ها نيست. عدم دقت هاي مربوط به فرم و فاصله دندانه ها همراه با اينرسي اجرام دوار اثرات ديناميکي توليد مي کنند. اين اثرات بر روي دندانه ها نيز عمل مي کنند. بلحاظ اينکه دقت يک چرخدنده را نمي توان قبلا تعيين کرد لذا محاسبات بارديناميکي ممکن است عدم اطمينانهاي تزرگي را در طراحي چرخدنده ها بوجود آورد. بر اساس فرضهايي مي توان معادله زير را براي بار ديناميکي ناشي از اشتباهات موجود در فرم و فاصله دندانه ها استخراج کرد.
اشتباهات موجود در چرخدنده ها:
اشتباهات بوجود آمده در فرم و فاصله دندانه ها در موقع تراشيدن آنها از عوامل مختلفي ناشي مي شود و کنترل آنها خيلي مشکل است.
تلرانسهاي مجاز مربوط به دندانه هاي چرخدنده هاي چرخدنده هاي را مي توان از کتاب Gear classification Manual 390.02.1964 مربوط به انجمن چرخدنده سازان امريکا بدست آورد. راحت تر اين است که چنين تلرانسها بعنوان اشتباه انتظاري دردندانه هاي چرخدنده استفاده نمائيم. بعبارت ديگر از ماشين مذکور اين مرغوبيت را مي توان انتظار داشت. اين مرغوبيت در سيستمهاي انتقال قدرت عمومي بطور وسيعي مورد استفاده قرار مي گيرد. چرخدنده هاي مرعوبتر ممکن است عمليات پرداختکاري ويژه اي لازم داشته و گرانقيمت باشند.
بعنوان مثال چرخدنده هاي اتومبيلها داراي مرغوبيتي که قطعه مورد طراحي اجازه مي دهد. استفاده نموده و کار مورد نظر را با آن اگر تعداد دندانه هاي چرخدنده را کاهش دهيم. به همان نسبت شعاعها کاهش ولي ارتفاع سردندانه افزايش مي يابد. بدين ترتيب نقطه A منطبق مي شود. اگر قرار باشد که تعداد دندانه و چرخدنده با زهم کمتر باشد در اينصورت تداخل interference of metal فلزي بوجود مي آيد مگر اينکه زير دامنه داندانه تراشيده شود اين مطلب در آينده تشريح خواهدشد. معادلات مربوط به طول تماس(در فوق) تنها در مورد چرخدنده ها ئيکه زير تراش ندارند صادق است.
